人造卫星宇宙速度(教育精品).ppt

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1、第三章第三章第三章第三章 万有引力定律万有引力定律万有引力定律万有引力定律第四节第四节第四节第四节 人造卫星人造卫星人造卫星人造卫星 宇宙速度宇宙速度宇宙速度宇宙速度18951895年，俄国宇航先驱齐奥尔科夫斯基在一篇名为年，俄国宇航先驱齐奥尔科夫斯基在一篇名为天地幻想和全球引力效应天地幻想和全球引力效应的论文中，率先提出了的论文中，率先提出了制作人造地球卫星的设想制作人造地球卫星的设想.1957 1957 年年 10 10 月月 4 4 日，前苏联成功地发射了日，前苏联成功地发射了第一颗人第一颗人造地球卫星造地球卫星，从而开创了人类航天的新纪元，从而开创了人类航天的新纪元 1961 1961

2、 年年 4 4 月月 12 12 日，前苏联成功地发射了日，前苏联成功地发射了第一艘第一艘“东方号东方号”载人飞船载人飞船，尤里，尤里 加加林成为第一位航天加加林成为第一位航天员，揭开了人类进入太空的序幕员，揭开了人类进入太空的序幕 1969 1969 年年7 7 月月20 20 日，美国航天员阿姆斯特朗和奥尔德日，美国航天员阿姆斯特朗和奥尔德林驾驶林驾驶“阿波罗阿波罗1111”号飞船，登陆舱降落在月球赤道号飞船，登陆舱降落在月球赤道附近的静海区，首次实现了附近的静海区，首次实现了人类登上月球人类登上月球的理想的理想 卫星卫星是一些是一些自然的自然的或或人工的人工的在太空在太空中中绕行星绕行星

3、运动运动的物体。的物体。问：问：离地面一定高度的物体以一定的初速度水平射出，由于重力作用，物体将做平离地面一定高度的物体以一定的初速度水平射出，由于重力作用，物体将做平抛运动，即最终要落回地面但如果射出的速度增大，会发生什么情况呢？抛运动，即最终要落回地面但如果射出的速度增大，会发生什么情况呢？一、人造地球卫星一、人造地球卫星 二、宇宙速度二、宇宙速度 1.人造卫星的两个速度：人造卫星的两个速度：（1）发射速度：将人造卫星送入预定轨道运行所必须有的速度。）发射速度：将人造卫星送入预定轨道运行所必须有的速度。（2）环绕速度：卫星绕地球做匀速圆周运动的速度。）环绕速度：卫星绕地球做匀速圆周运动的速

4、度。2.宇宙速度宇宙速度第一宇宙速度第一宇宙速度(环绕速度环绕速度)：推导方法一：推导方法一：假如地球和人造卫星的质量分别为假如地球和人造卫星的质量分别为 M 和和 m，卫星的，卫星的轨道半径和线速度分别为轨道半径和线速度分别为 r 和和 v，根据万有引力提供向心力，可解，根据万有引力提供向心力，可解出出 对于近地人造卫星，卫星的运转半径约等于地球半径对于近地人造卫星，卫星的运转半径约等于地球半径 R，可求出：，可求出：将引力常量将引力常量 G6.6710-11Nm2/kg2和地球质量和地球质量 M5.98 1024kg 及地球半径及地球半径 R6.37 106m 代入上式，可求得代入上式，可

5、求得 v1 7.9km/s,这就是这就是第一宇宙速度第一宇宙速度。推导方法二：推导方法二：地面附近重力提供向心力，推地面附近重力提供向心力，推导第一宇宙速度的另一种表达式：导第一宇宙速度的另一种表达式：即即 所以所以 将将 R6.37106m,g 9.8m/s2代入，求代入，求出第一宇宙速度仍为出第一宇宙速度仍为 7.9km/s 注意：第一宇宙速度是最小发射速度，最大的运行（环绕）速度。注意：第一宇宙速度是最小发射速度，最大的运行（环绕）速度。第二宇宙速度（脱离速度）第二宇宙速度（脱离速度）v2 11.2km/s 第三宇宙速度（逃逸速度）第三宇宙速度（逃逸速度）v3 16.7km/s宇宙速度.

6、mp4 三、卫星的轨道三、卫星的轨道三类：赤道轨道、极地轨道和一般轨道三类：赤道轨道、极地轨道和一般轨道三轨道共同特点：三轨道共同特点：1.都是以地心都是以地心为圆心的同心为圆心的同心圆圆;2.没有跟某没有跟某一经度重合的一经度重合的轨道（地球的轨道（地球的自转）自转）;3.没有没有跟某一维度重跟某一维度重合的轨道（赤合的轨道（赤道轨道除外）道轨道除外）四、卫星的运行结论：结论：绕同一行星运行的卫星的绕同一行星运行的卫星的a,v,w,T只与轨只与轨道半径道半径r有关，且轨道半径有关，且轨道半径r越大，越大，a,v,w越小，越小，T越大。越大。五、人造卫星的超重和失重五、人造卫星的超重和失重人造

7、卫星在加速升空人造卫星在加速升空和减速返回时，均有和减速返回时，均有竖直向上的加速度，竖直向上的加速度，处于超重状态。处于超重状态。人造卫星在轨道运行人造卫星在轨道运行时，万有引力提供向时，万有引力提供向心力，卫星处于完全心力，卫星处于完全失重状态，和重力有失重状态，和重力有关的力学现象都不会关的力学现象都不会发生。发生。六、地球同步卫星六、地球同步卫星 1.概念：概念：地球同步卫星是指其地球同步卫星是指其公转周期公转周期和地球和地球自转周期自转周期相等的卫星相等的卫星 2.地球同步卫星有几个明显的特点：地球同步卫星有几个明显的特点：周期一定周期一定23 小时小时 56 分分 4 秒秒 方位一

8、定方位一定赤道上空赤道上空高度一定高度一定3.6107 m 3.地球同步卫星的发射：地球同步卫星的发射：地球同地球同步卫星步卫星.mp4.SWF例：例：如图所示，在发射地球同如图所示，在发射地球同步卫星的过程中，卫星首先进步卫星的过程中，卫星首先进入椭圆轨道入椭圆轨道I，然后在，然后在Q点通过点通过改变卫星速度，让卫星进入地改变卫星速度，让卫星进入地球同步轨道球同步轨道，则（，则（）A该卫星的发射速度必定大该卫星的发射速度必定大于于11.2 km/sB卫星在同步轨道卫星在同步轨道II上的运上的运行速度大于行速度大于7.9 km/sC在椭圆轨道在椭圆轨道I上，卫星在上，卫星在P点的速度大于在点的

9、速度大于在Q点的速度点的速度D卫星在卫星在Q点通过加速实现由点通过加速实现由轨道轨道I进入轨道进入轨道II 例：例：（1998年年上海）上海）发发射地球同步射地球同步卫卫星星时时，先将先将卫卫星星发发射至近地射至近地圆轨圆轨道道1，然后，然后经经点火，使点火，使其沿其沿椭圆轨椭圆轨道道2运行，最后再次点火，将运行，最后再次点火，将卫卫星送星送入同步入同步圆轨圆轨道道3，轨轨道道1、2相切于相切于Q点，点，轨轨道道2、3相切于相切于P点，如点，如图图所示，所示，则则当当卫卫星分星分别别在在1、2、3轨轨道上正常运行道上正常运行时时，以下，以下说说法正确的是法正确的是A卫卫星在星在轨轨道道3上的速

10、率大于上的速率大于轨轨道道1上的速率上的速率B卫卫星在星在轨轨道道3 3上的角速度小于在上的角速度小于在轨轨道道1上的上的角速度角速度C卫星在轨道卫星在轨道2上经过上经过P点速度小于在轨道点速度小于在轨道3上经过上经过P点的速度点的速度D卫卫星在星在轨轨道道2上上经过经过P点点时时的加速度等于它的加速度等于它在在轨轨道道3上上经过经过P点点时时的加速度的加速度4.地球同步卫星运行高度的地球同步卫星运行高度的计算计算讨论交流：讨论交流：若若 R=60R表示月球的轨道半径，表示月球的轨道半径，T=27d表示月球公转周期，表示月球公转周期，如何计算如何计算h？根据开普勒第三定律：根据开普勒第三定律：

11、七、人造地球卫星有广泛的应用七、人造地球卫星有广泛的应用：资源调查资源调查 电视教育是培养人才的一种手段但是电视靠中继站转播，每隔电视教育是培养人才的一种手段但是电视靠中继站转播，每隔 50km 就要建一个中继站，这要耗费大量的人力、物力如果利就要建一个中继站，这要耗费大量的人力、物力如果利用卫星传播，像我们这样幅员辽阔的国家，只要一颗同步通信卫用卫星传播，像我们这样幅员辽阔的国家，只要一颗同步通信卫星，边远地区就可以收看首都的电视节目星，边远地区就可以收看首都的电视节目 1984 年年 4 月我国月我国发射的试验通信卫星为我国通信事业的现代化，开拓了极为广阔发射的试验通信卫星为我国通信事业的

12、现代化，开拓了极为广阔的前景的前景 1986 年年 10 月我国开始利用通信卫星进行电视教育月我国开始利用通信卫星进行电视教育 1.为什么要想发射一颗为什么要想发射一颗80min绕地球一周的卫星是不可能的？说说绕地球一周的卫星是不可能的？说说理由理由2.土星外层上有一个环。为了判断它是土星的一部分还是土星的卫土星外层上有一个环。为了判断它是土星的一部分还是土星的卫星群，可以测量环中各层的线速度星群，可以测量环中各层的线速度V与该层到土星中心的距离与该层到土星中心的距离R之之间的关系来判断：间的关系来判断：若若V与与R成正比，则该层是土星的一部分；成正比，则该层是土星的一部分；若若V2与与R成正比，则该层是土星的卫星群成正比，则该层是土星的卫星群若若V与与R成反比，则该层是土星的一部分成反比，则该层是土星的一部分 若若V2与与R成反比，则该层是土星的卫星群成反比，则该层是土星的卫星群3.假设地球是一半径为假设地球是一半径为R、质量分布均匀的球体。一矿井深度为、质量分布均匀的球体。一矿井深度为d。已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零。矿井底部和地已知质量分布均匀的球壳对壳内物体的引力为零。矿井底部和地面处的重力加速度大小之比为（面处的重力加速度大小之比为（）A.1-d/R B.1+d/R C.(1-d/R)D.(1+d/R)